一种基于FPGA的电生理信号采集与处理模块的制作方法

一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块
技术领域
1.本实用新型涉及信息处理技术领域，具体为一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块。


背景技术：

2.生理信号采集与处理在目前的实现方式普遍为下位机进行数据采集，数据传输至pc端，然后pc端进行软件编程的方法。该方法具有实现简单、灵活性强等优点。
3.但是由于pc端串行特性，在其进行数据存储过程中，再进行大量的神经信号数据的处理，一是数据处理不过来会丢失，无法保证数据的完整性；二是数据处理的实时性无法保证，导致在电生理实验过程中，想要得到相应的数据处理结果，总是延时于实际神经信号采集的时间，延时时间无法精确控制，观察到的处理结果不准确，导致浪费大量时间精力采集到无用的数据。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，以解决数据处理不完整以及实时性无法保证的问题。
5.本实用新型还提供用于实施上述目的的放大器、滤波器和电源的电路。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，包括电源管理模块、采集模块和fpga芯片，电源管理模块用于为采集模块和fpga芯片供电；采集模块用于采集电信号，并将电信号转换成数字信号，然后数字信号传递至信息与数据处理模块；fpga芯片用于根据预定指令对所述数字信号进行处理，并将处理后的数字信号发送至终端。预定指令为终端计算出的滤波器系数，终端将滤波器系数发送给fpga，fpga自建卷积乘法计算逻辑处理数据，并将处理后的数据传送给终端。
8.优选的，所述采集模块包括放大器、滤波器和模数转换器；电信号首先经过放大器，放大器用于将电信号放大至190
‑
250倍；电信号被放大后进入滤波器中，滤波器用于对放大后的电信号进行滤波处理；电信号滤波后进入模数转换器中，模数转换器用于将滤波后的电信号转换成数字信号。
9.优选的，所述放大器型号为ada4528。
10.优选的，所述滤波器为rc一阶低通滤波器。
11.优选的，所述模数转换器的型号为ad4696。模数转换器选择多通道，高精度、高采样率、高速串行接口，常用的模数转换器有ad4696，拥有16个通道、16位采样精度、采样速率可以达到1msps，满足采集部分的使用。
12.优选的，所述电源管理模块包括开关电源和线性稳压器，所述开关电源用于将交流的市电转换成24v的直流电，而后直流电通过线性稳压器转换成需求电压，需求电压为5v、3.3v或1.8v。
13.优选的，所述fpga芯片型号为z7100。常用的fpga芯片有xilinx旗下芯片z7100，拥有444个逻辑单元、2020个dsp slice，外部io有400个，满足信息和数据处理部分的使用。
14.与现有技术相比，本实用新型提供了一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，具备以下有益效果：
15.1.本实用新型将电生理信号采集与处理都放到下位机，下位机使用fpga作为主控芯片，利用fpga的并行优势，进行电生理信号的处理。当电生理数据增加时，选用对应资源的fpga芯片即可。然后将采集与处理的结果传输至pc端，pc端只需要展示结果，并不用占用大量资源进行计算，完全可以保证数据的完整性以及实时性。
16.2.本实用新型主要应用在体多通道电生理研究中，尤其与外部刺激设备联调实验中，由外部刺激引起的相关电生理反应，在电生理信号的实时采集与处理下，确保相关实验结果的正确性。
附图说明
17.图1为本实用新型提供的结构框图；
18.图2为本实用新型提供的放大器的工作电路图；
19.图3
‑
1为本实用新型提供的滤波器的一半工作电路图；
20.图3
‑
2为本实用新型提供的滤波器的另一半工作电路图；
21.图4为本实用新型提供的电源管理模块的部分工作电路图；
22.图5为本实用新型提供的电源管理模块的另一部分工作电路图。
23.图中：电源管理模块1、采集模块2、fpga芯片3。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.如图1所示，一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，包括电源管理模块1、采集模块2和fpga芯片3，电源管理模块1用于为采集模块2和fpga芯片3供电；采集模块2用于采集电信号，并将电信号转换成数字信号，然后数字信号传递至信息与数据处理模块；fpga芯片3用于根据预定指令对所述数字信号进行处理，并将处理后的数字信号发送至终端。预定指令为终端计算出的滤波器系数，终端将滤波器系数发送给fpga，fpga自建卷积乘法计算逻辑处理数据，并将处理后的数据传送给终端。
26.优选的，所述采集模块2包括放大器、滤波器和模数转换器；电信号首先经过放大器，如图2所示，放大器用于将电信号放大至190
‑
250倍，优选为200倍；如图3
‑
1和3
‑
2所示，电信号被放大后进入滤波器中，滤波器用于对放大后的电信号进行滤波处理；电信号滤波后进入模数转换器中，模数转换器用于将滤波后的电信号转换成数字信号。
27.优选的，本实用新型提供的放大器的共模抑制比大于等于135db，噪声不高于2.5uv，能够保证进入放大器的信号借助共模抑制比滤除市电干扰、并能保持较低的底噪，从而提高信号的质量。
28.优选的，所述模数转换器的型号为ad4696。模数转换器选择多通道，高精度、高采样率、高速串行接口，常用的模数转换器有ad4696，拥有16个通道、16位采样精度、采样速率可以达到1msps，满足采集部分的使用。
29.优选的，如图4和图5所示，所述电源管理模块1包括开关电源和线性稳压器，所述开关电源用于将交流的市电转换成24v的直流电，而后直流电通过线性稳压器转换成需求电压，需求电压为5v、3.3v或1.8v。
30.优选的，所述fpga芯片3型号为z7100。常用的fpga芯片3有xilinx旗下芯片z7100，拥有444个逻辑单元、2020个dsp slice，外部io有400个，满足信息和数据处理部分的使用。
31.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，包括电源管理模块(1)、采集模块(2)和fpga芯片(3)，其特征在于：电源管理模块(1)用于为采集模块(2)和fpga芯片(3)供电；采集模块(2)用于采集电信号，并将电信号转换成数字信号，然后数字信号传递至信息与数据处理模块；fpga芯片(3)用于根据预定指令对所述数字信号进行处理，并将处理后的数字信号发送至终端。2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，其特征在于：所述采集模块(2)包括放大器、滤波器和模数转换器；电信号首先经过放大器，放大器用于将电信号放大至190
‑
250倍；电信号被放大后进入滤波器中，滤波器用于对放大后的电信号进行滤波处理；电信号滤波后进入模数转换器中，模数转换器用于将滤波后的电信号转换成数字信号。3.根据权利要求2所述的一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，其特征在于：所述模数转换器的型号为ad4696。4.根据权利要求2所述的一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，其特征在于：放大器的共模抑制比大于等于135db，噪声不高于2.5uv。5.根据权利要求1所述的一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，其特征在于：所述电源管理模块(1)包括开关电源和线性稳压器，所述开关电源用于将交流的市电转换成24v的直流电，而后直流电通过线性稳压器转换成需求电压，需求电压为5v、3.3v或1.8v。6.根据权利要求1所述的一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，其特征在于：所述fpga芯片(3)型号为z7100。7.根据权利要求1所述的一种基于fpga的电生理信号采集与处理模块，其特征在于：所述预定指令为终端计算出的滤波器系数，终端将滤波器系数发送给fpga，fpga自建卷积乘法计算逻辑处理数据，并将处理后的数据传送给终端。

技术总结
本实用新型涉及信息处理技术领域，具体为一种基于FPGA的电生理信号采集与处理模块，包括电源管理模块、采集模块和FPGA芯片，电源管理模块用于为采集模块和FPGA芯片供电；采集模块用于采集电信号，并将电信号转换成数字信号，然后数字信号传递至信息与数据处理模块；FPGA芯片用于根据预定指令对所述数字信号进行处理，并将处理后的数字信号发送至终端。本实用新型将电生理信号采集与处理都放到下位机，下位机使用FPGA作为主控芯片，利用FPGA的并行优势，进行电生理信号的处理。当电生理数据增加时，选用对应资源的FPGA芯片即可。然后将采集与处理的结果传输至PC端，PC端只需要展示结果，并不用占用大量资源进行计算，完全可以保证数据的完整性以及实时性。以保证数据的完整性以及实时性。以保证数据的完整性以及实时性。


技术研发人员：吴正平 谢战战 魏欢
受保护的技术使用者：南京畅享医疗科技有限公司
技术研发日：2020.12.31
技术公布日：2021/12/3